專利名稱：用于獲得烯有氣體的方法和設(shè)施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于獲得稀有氣體的方法，其中將含空氣氣體組分的 氣流在氣體分解裝置中投入到用于分解成其成分的方法中。
背景技術(shù)：
氧氣、氮氣、氬氣和大多數(shù)其它稀有氣體可通過分解空氣而獲得。
由此可以例如在現(xiàn)代化的、其中處理約200 000m7h空氣的空氣分解 設(shè)備中，除了約160 0001113的氮氣和38 OOOm3的氧氣外還荻得約1800m3 的氬氣、3m3的氖氣、lm3的氦氣、0. 2m3的氪氣和0. 016m3的氙氣。
該方法被證明是合適的且目前在世界各地工業(yè)規(guī)模地得到使用。 但是令人不滿的是，稀有氣體的產(chǎn)率在傳統(tǒng)空氣分解的情況下僅是少 量的。因此至少在生產(chǎn)氦氣時以此應(yīng)對，取代空氣而將富含氦的天然 氣用于分解方法。該方法比從空氣生產(chǎn)更經(jīng)濟(jì)，但僅在提供相應(yīng)天然 氣的地區(qū)中是可使用的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，改善在借助氣體分解獲得稀有氣體時的 效率和產(chǎn)率。
所述任務(wù)在開始提到的方式的方法中由此得到了解決，即將氣流 在將其輸入到氣體分解裝置之前與含稀有氣體的部分氣流充分混合。
通過用富含稀有氣體的部分氣流豐富(Anreicherung)含空氣的 氣流，使氣流中的稀有氣體含量相對于正?？諝怙@著提高。相比于常 規(guī)空氣分解的情況下，經(jīng)此可以顯著更經(jīng)濟(jì)地使用稀有氣體的分離方 法。特別是當(dāng)其中產(chǎn)生富含稀有氣體的工藝氣流或存在富含稀有氣體 的天然氣體如天然氣或沼氣的方法過程，與當(dāng)?shù)鼗蚺c當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)離地設(shè)置 的空氣分解設(shè)備組合時，則本發(fā)明的方法具有巨大經(jīng)濟(jì)意義。在該情解裝置在經(jīng)濟(jì)上是正確的，因為可實質(zhì)性地提高稀有氣體的產(chǎn)率并由 此提高其經(jīng)濟(jì)利用。
為了加載稀有氣體，優(yōu)選使部分氣流與經(jīng)加熱的、含稀有氣體的 物料接觸，其中將稀有氣體至少部分地分離出來并用所述部分氣流將 之導(dǎo)出。在此，作為含稀有氣體的物料考慮各種物料，其中稀有氣體 如氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣被吸收、溶解或混入，并可以從所 述物料中分離。賦予所述物料一種溫度，在該溫度下至少稀有氣體的 一部分被分離出來并由所述部分氣流導(dǎo)出。通過該處理還改善了經(jīng)處 理的物料的純度和質(zhì)量，特別是通過加熱除了稀有氣體以外經(jīng)常還分 離出其它的氣狀物質(zhì)，例如水蒸汽或二氧化碳并由所述部分氣流導(dǎo)出。 隨即將所述用稀有氣體加栽的部分氣流輸送到用于氣體分解的氣流 中，以便獲得稀有氣體。為了氣體分解還可以使用已經(jīng)存在的空氣分 解設(shè)備。如果適合的，且用相應(yīng)的稀有氣體分解裝置裝備的空氣分離 設(shè)備不在現(xiàn)場，而是空間上遠(yuǎn)離該進(jìn)行部分氣流的加載的地點，還可 將部分氣流裝入到容器中并運輸?shù)娇諝夥纸庠O(shè)備中，在此將其輸入到 空氣分解設(shè)備的入口空氣流中。由此用稀有氣體豐富所述空氣分解設(shè) 備的入口空氣流并因此相對于純空氣的分解提高了稀有氣體的產(chǎn)率。
優(yōu)選在所述部分氣流的加載前將在氣體分解裝置中所獲得的空氣 氣體，特別是氮氣、氧氣、氬氣或含有這些的氣體混合物混入到所述 部分氣流中。所述氣體在該實施方案中還至少部分地在循環(huán)中引導(dǎo)并 將在氣體分解裝置中所獲得的空氣氣體作為部分氣流用于加載。
優(yōu)選含稀有氣體的物料為天然的或人工的原料。天然的材料如煤、 礦石、石油、天然氣或沼氣含有并非微量的各種稀有氣體，特別是氦 或氬。除了天然氣以外所述材料另外還經(jīng)常含有其它氣體成分，所述 其它氣體成分可有益地被使用，并且它們的分離此外提高了所處理的 原料的質(zhì)量。例如分離出在原料中富集的氧氣提高了在氣體分離范圍 內(nèi)生產(chǎn)氧氣的效率并此外改善了物料的燃燒值(如果應(yīng)將該物料作為 燃料使用)。但是本發(fā)明的方法還可用于從工業(yè)過程的廢料或中間產(chǎn) 物或終產(chǎn)物中獲得稀有氣體。由此可例如用稀有氣體豐富在金屬熱處理中的工藝氣或其它的物料，并隨后將其作為部分氣流在本發(fā)明的意 義中使用。
為了能夠大規(guī)模地利用在不同的技術(shù)領(lǐng)域之間的協(xié)同作用，在本 發(fā)明的另一個實施方式中使用燃料作為含稀有氣體的物料并且將在氣 流分解的方法中分離出來的氧氣流至少部分地輸送到用于燃料燃燒的 燃燒室中。因為在加熱該燃料時，除了稀有氣體還將其它在燃料中所 含有的、對于燃燒過程不利的燃料分離出來，特別是水，額外地提高 了該燃料的燃燒值。
本發(fā)明的另 一個有利的實施方案設(shè)計，所述部分氣流含有含稀有 氣體的工藝氣。在此，作為工藝氣可例如使用在工藝過程中用稀有氣 體加載的氣體或者在工藝過程中用其它物料加載的原本純的稀有氣體 的氣體。在后一種情況下，針對所使用的稀有氣體本發(fā)明相對于常規(guī) 凈化方法的使用至少還被證明是出色的，如果將稀有氣體在進(jìn)一步的 工藝過程中大規(guī)模地通過空氣氣體或其它氣體稀釋。同樣在本發(fā)明的 范圍內(nèi)可想象的是，將由燃燒過程得到的廢氣作為部分氣流使用或輸 送到部分氣流中。特別是在燃燒化石燃料如煤、石油、天然氣或沼氣 時大量地產(chǎn)生稀有氣體。雖然為了制備氬氣而分解由燃料與空氣的燃
燒所產(chǎn)生的廢氣已經(jīng)由EP 0 469 781 A2是已知的，但是該方法在使 用氧氣作為氧化劑方面是失敗的，因為所述廢氣在該情況下幾乎僅由 二氧化碳組成。但是，通過根據(jù)本發(fā)明將廢氣作為部分氣流輸送到送 往氣體分解部件的氣流中可實現(xiàn)稀有氣體在經(jīng)濟(jì)上有意義的產(chǎn)率。
本發(fā)明的任務(wù)還通過用于獲得稀有氣體的設(shè)施得到解決，其具有 一種氣體分解裝置，該裝置具有用于輸送待分解的氣流的氣體輸送部 件(Gaszuf ii hrung )以及至少一個用于從經(jīng)分解的氣流中獲得稀有氣 體的裝置，且其特征在于，給所述氣體分解裝置配備用于從含稀有氣 體的物料中分離出稀有氣體且用所分離出的稀有氣體加栽部分氣流的 裝置以及用于輸送所述部分氣流到氣體分解裝置的氣體輸送部件的裝 置。
在此有利地是，將用于燃燒從中已分離除去稀有氣體的物料的裝置后置于用于分離出稀有氣體的裝置。所述含有稀有氣體的物料在這 種情況下也為燃料，優(yōu)選為化石能量栽體如煤、石油、天然氣或沼氣。 在此優(yōu)選有利的是，用于燃燒物料的裝置整合入用于產(chǎn)生熱和/或電流 的發(fā)電廠中。在這種情況下可為此完全或部分地利用由氣體分解裝置 所吸取的空氣流或在氣體分解裝置中所產(chǎn)生的氮氣流，以便將燃料在 其燃燒前投入到用于分離出氣狀成分的過程中并去除其中所含有的氣 狀或蒸汽狀成分，特別是稀有氣體和其它成分，如水蒸汽。通過分離 過程一方面用稀有氣體豐富氣流，稀有氣體的產(chǎn)率在空氣分解過程中 也得到了提高，且另一方面改善了燃料的燃燒值。
此外，本發(fā)明的任務(wù)還通過用于獲得稀有氣體的設(shè)施得到解決， 用于獲得稀有氣體的設(shè)施，其具有氣體分解裝置，該裝置具有用于輸 送待分解的氣流以及至少一個用于從所分解的氣流獲得稀有氣體的設(shè) 施，且其特征在于，給所述氣體分解裝置配備用于輸送含稀有氣體的 工藝氣到氣體分解裝置的輸送截段的裝置。在此，作為工藝氣可使用 各種氣體，其在工業(yè)的工藝過程中用稀有氣體加載或在原本純的稀有 氣體的情況下在工藝過程中用其它的氣狀成分加載。


應(yīng)根據(jù)附圖更詳盡地解釋本發(fā)明的實施例。在示意圖中顯示
圖1:在第一個實施方式中本發(fā)明的設(shè)施，
圖2:在圖1中所示的實施例的變化方案中的本發(fā)明的設(shè)施和
圖3:在另一個實施方式中本發(fā)明的設(shè)施
具體實施例方式
在圖1中所示的且以其整體用引用標(biāo)記1標(biāo)識的設(shè)備包括燃燒設(shè) 備2，例如發(fā)電廠，其通過化石能量載體(例如煤、石油或天然氣、 沼氣)的燃燒加熱或用垃圾加熱。將所迷燃料經(jīng)燃料輸送部件3引入。 經(jīng)氧化劑管道4將氧化劑(在實施例中為氧氣或富含氧氣的氣體)引 入。將在燃燒中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)廢氣管道5排出。為了減少溫室效應(yīng)氣 體，可以將在燃燒中產(chǎn)生的二氧化碳在分離裝置6中從其余的廢氣中 以常規(guī)方式分離出來并清除或繼續(xù)使用。在空氣分解設(shè)備7中獲得用于燃燒必需的氧化劑(在實施例中為氧氣)。在空氣分解設(shè)備7中將經(jīng)原料氣管道8引入的原料氣以自身已知的方式分解成其成分，其隨即經(jīng)用于氮氣(9)、氧氣(4)、氬(10)、氖(11)、氦(12)的相應(yīng)的產(chǎn)物管道4， 9， 10， ll和任選地用于其它在原料氣中所含有的稀有氣體(如氪或氙)的管道排出。
將用于分離出氣狀成分的裝置前置于燃料輸送部件3。在實施例中其為用于從固體燃料(如煤)中分離出氣狀成分的解吸裝置13。但是，在本發(fā)明的范圍中代替解吸裝置13還可以使用其它用于從固體
的分離裝置:在解吸裝i 13中將燃料在其輸入到燃燒ii 2之前加熱并用解吸氣體沖擊(beaufschlagen)，所述解析氣體經(jīng)解吸管道14引入。在根據(jù)圖1的實施例中使用空氣作為解吸氣體。通過燃料的加熱將在燃料中所含有的稀有氣體(同樣如氧氣和水)解吸，并被解吸氣體的部分氣流帶出。為了燃料的加熱，或者將所述燃料自身在其輸入到解吸裝置13之前加熱，或者加熱用于解吸的氣體(在實施例中為空氣)。作為用于加熱的能量，可以例如利用在運行空氣分解設(shè)備7或發(fā)電站2時產(chǎn)生的余熱。例如可以以在此未示出的方式將廢氣的固有熱經(jīng)過合適的換熱器用于燃料和/或解吸氣體的加熱。
所述用經(jīng)解吸的物料豐富的部分氣流與解吸氣體的部分流充分混合，其中物料沒有或僅小規(guī)模地解吸并由此形成均勻的、用稀有氣體和其它物料加載的氣流，將其在原料氣管道8中導(dǎo)出或，按照另一個在此沒有顯示的實施方式，裝到容器中并運輸?shù)娇諝夥纸庠O(shè)備7。對于加栽的氣流大量含有易燃的部分成分的情況，推薦用新鮮空氣稀釋所述氣流，直到低于爆炸極限。同樣還適用的是，如果除了稀有氣體外應(yīng)以更大的量獲得氧氣或氮氣，例如在燃燒設(shè)備2中用于燃燒過程的氧氣。為此將必需的新鮮空氣經(jīng)新鮮空氣輸送管道16引入。在原料氣管道8中以自身常規(guī)的方式整合預(yù)凈化階段15，在該階段中將被解吸出的水以及其它被解吸出的成分，例如有害物質(zhì)、灰塵等從其余的解析氣體中分離出來。經(jīng)干燥的原料氣經(jīng)原料氣管道8導(dǎo)入到用于氣
8體分離的空氣分解設(shè)備7中。因為該引入到空氣分解設(shè)備7中的原料氣由于解吸過程具有比一般的空氣更高的稀有氣體含量，在空氣分解設(shè)備7中可以獲得顯著更大量的稀有氣體。此外，氧氣含量由于解吸過程而升高，由此可以將與空氣相比明顯更高的原料氣含量作為氧化劑經(jīng)氧化劑管道4導(dǎo)入到燃燒設(shè)備2中。另外，還可以使用其它氣體作為解吸氣體而代替空氣，例如工藝氣(其在總設(shè)備1的周邊的其它過程中產(chǎn)生)。
在圖2中顯示了一種前述實施例的變化方案。在此設(shè)備的起同樣作用的部件用如在圖1中相同的引用標(biāo)記表示。在附圖2中所示的設(shè)備20中作為解吸氣體使用的是氮氣，其事先在空氣分解設(shè)備7中獲得。為此首先將空氣經(jīng)過空氣輸送管道21輸送到預(yù)凈化階段15中并隨后輸送到空氣分解設(shè)備7中，并在那里分解成其成分。如在前面的實施例中那樣將氧氣輸送到燃燒設(shè)備2中。將在分解過程中獲得的氮氣至少部分地經(jīng)過解吸氣體管道23輸送到解吸裝置13中。在解吸過程和干燥過程和在預(yù)凈化階段15中的凈化過程后，將用稀有氣體加載的氮氣混入到在空氣輸送管道21中引入的空氣中。在空氣分解設(shè)備7中分
解成其成分的氣體具有比正?？諝飧叩南∮袣怏w含量。
另一種未示出的根據(jù)圖l和2的變化方案設(shè)計，來自燃燒設(shè)備2的廢氣在分離出二氧化碳后在分離裝置6中完全或部分地混入到指定用于分解的原料氣中。經(jīng)此對在燃燒過程中釋放的稀有氣體部分同樣進(jìn)行氣體分解。此外，可利用廢氣的固有熱量加熱燃料。
在圖3中所示的實施例中將設(shè)備的起同樣作用的部件用如在圖1和圖2中相同的引用標(biāo)記表示。在圖3中所示的設(shè)備25中，將稀有氣體(例如氬)用于解吸在熱處理爐26中由待處理的金屬構(gòu)成的物料。在此，將純氬經(jīng)過管道27輸入到熱處理爐26中并隨即在進(jìn)一步的工序28中用空氣或空氣氣體(其或者在工序28中產(chǎn)生或者經(jīng)管道29引入)稀釋。以該方式經(jīng)過原料氣管道8引入的氣體混合物用作用于空氣分解設(shè)備7的原料，其中將在熱處理期間所接收的物料在空氣分解設(shè)備7的預(yù)凈化階段15中從原料氣流中分離出來。在空氣分解器7中的空氣分解過程中所獲得的氬可以隨即再次輸入到管道27中。在空
氣分解過程中所獲得的氧氣可例如經(jīng)氧化劑管道4輸送到燃燒室30中，在該燃燒室中用于在熱處理爐26中的熱處理必需的能量以熱或電流的形式產(chǎn)生。在另一個實施方案中根據(jù)圖3作為工藝氣使用原本無稀有氣體的氣體，其在熱處理爐26中的材料處理過程中用稀有氣體加載，并隨即作為部分氣流輸送到工序28中或直接輸送到空氣分解設(shè)備7中。
本發(fā)明當(dāng)然不限于所給出的實施例。根據(jù)本發(fā)明的方法適于在所有過程中使用，在所述過程中稀有氣體從含有稀有氣體的原料中解吸并隨即在空氣分解裝置中經(jīng)濟(jì)上有意義地實現(xiàn)分離。
附圖標(biāo)記列表1.設(shè)備2.燃燒設(shè)備3.燃料輸送部件4.氧化劑管道5.廢氣管道6.分離裝置(用于二氧化碳)7.空氣分離設(shè)備8.原料氣管道9.用于氮氣的產(chǎn)物管道10.用于氬的產(chǎn)物管道11.用于氖的產(chǎn)物管道12.用于氦的產(chǎn)物管道13.解吸裝置14.解吸氣管道15.預(yù)凈化階段16.新鮮空氣輸送管道17.—18.19. —
20. 設(shè)備
21. 空氣輸送管道
22. -
23. 解吸氣管道
24. -
25. 設(shè)備
26. 熱處理爐
27. 管道
28. 工序
29. 管道
30. 燃燒室
權(quán)利要求
1. 獲得稀有氣體的方法，在該方法中將含空氣氣體組分的氣流在氣體分解裝置(7)中投入到用于分解成其成分的方法中，其特征在于，將所述氣流在輸送到氣體分解裝置之前與含稀有氣體的部分氣流充分混合。
2. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，為了用稀有氣體加載使 所述部分氣流與經(jīng)加熱的、含稀有氣體的物料接觸，其中所述稀有氣 體至少部分地被分離出來并用部分氣流導(dǎo)出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將在氣體分解裝置 (7)中所獲得的空氣氣體混入到加栽前的部分氣流中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所迷的方法，其特征在于，作為含稀有氣體的物料使用天然的或人工的原料，如煤、礦石、石油、天然氣、沼 氣或由工業(yè)過程得到的終產(chǎn)物或中間產(chǎn)物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項所述的方法，其特征在于，將燃料 用作為含稀有氣體的物料，且將在所述用于分解氣流的方法中產(chǎn)生的 氧氣至少部分地導(dǎo)入到燃燒室(2， 30)中用于燃料的燃燒。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述部分 氣流含有含稀有氣體的工藝氣。
7. 用于獲得稀有氣體的設(shè)施，其具有氣體分解裝置(7)，該裝 置具有用于導(dǎo)入待分解的氣流的氣體輸送部件以及至少一個用于從經(jīng) 分解的氣流中獲得稀有氣體的裝置(10,11,12)，其特征在于，給所述氣體分解裝置(7 )配備用于從含稀有氣體的物料中分離出 稀有氣體和用于用分離出的稀有氣體加載部分氣流的裝置(14)以及 用于輸送部分氣流到氣體分解裝置(7)的氣體輸送部件的裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)施，其特征在于，用于燃燒卸栽的物 料的裝置(2)后置于所述用于分離出稀有氣體的裝置(14)。
9.用于獲得稀有氣體的設(shè)施，其具有氣體分解裝置(7)，該裝 置具有用于輸送待分解的氣流的氣體輸送部件以及至少一個用于從經(jīng) 分解的氣流中獲得稀有氣體的裝置(10,11,12)，其特征在于，給所述氣體分解裝置(7 )配備用于輸送含稀有氣體的工藝氣到所 述氣體分解裝置(7)的氣體輸送部件的裝置。
全文摘要
通過空氣分解獲得稀有氣體的過程由于空氣的少量稀有氣體含量與高耗費和低產(chǎn)出相連。根據(jù)本發(fā)明由此改善稀有氣體由氣體混合物的制備，即將指定用于分解的氣流用含稀有氣體的部分氣流豐富的步驟前置于氣體的分解過程。部分氣流可例如為富含稀有氣體的工藝氣或在工藝過程中用稀有氣體加載的氣體。通過本發(fā)明，在輸送到空氣分解設(shè)備的氣流中的稀有氣體含量升高并經(jīng)此改善了在空氣分離過程中稀有氣體的產(chǎn)率。
文檔編號F01K23/06GK101479444SQ200780023746
公開日2009年7月8日 申請日期2007年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月5日
發(fā)明者F·赫爾佐格, J·羅霍韋科 申請人:梅塞爾集團(tuán)有限公司